[發明專利]具有納米晶粒結構的氧化鋁陶瓷涂層及其制備方法

無效

• 申請號: 201110392875.7
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102409280A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 程敬卿;汪灝
• 申請（專利權）人: 安徽禹恒材料技術有限公司
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 陳進;奚華保

技術領域

本發明涉及氧化鋁陶瓷涂層及其制備技術，尤其涉及一種具有納米晶粒結構的氧化鋁陶瓷涂層和制備方法。

背景技術

熱噴涂氧化鋁涂層具有優良的機械和電學性能，用作抗磨損、耐腐蝕和高溫隔熱涂層，在機械、化工、冶金等領域得到了廣泛應用。利用納米結構來改善涂層性能已成為氧化鋁陶瓷涂層研究的方向，用熱噴涂技術制備的納米結構氧化鋁涂層與傳統涂層相比，在強度、韌性、抗腐蝕、耐磨、抗熱疲勞等方面均有顯著提高。自上世紀90?年代以來，熱噴涂納米氧化鋁涂層已經取得了快速發展。但是，納米氧化鋁涂層在涂層結構以及性能方面仍存在著一些問題：（1）納米顆粒的燒結長大問題。納米粒子比表面積大,表面活性高,致使熔點下降,噴涂過程中容易燒結長大而改變性狀,最終影響到涂層中納米晶結構的保持，所以熱噴涂制備的納米氧化鋁涂層通常只是具有部分的納米結構；（2）涂層質量問題。在等離子噴涂中，由于火炬存在很寬的溫度梯度分布，原料顆粒在火炬中的熔化狀態、溫度分布、冷卻速度等不可能完全相同，?很難保證所有的原料都能處在優化的工藝條件下，因而很難得到結構均勻、致密的涂層。同時，作為噴涂原料的團聚顆粒往往致密度較差，內部的氣孔會在涂層中殘留下來，導致涂層內部微觀結構的不均勻，以及致密度差，最終影響涂層的性能。通常，等離子噴涂的陶瓷涂層的氣孔率都在3-5%，甚至更高。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術中的不足，提供一種具有納米晶粒結構的氧化鋁基陶瓷涂層及其制備方法，從而進一步提高涂層的韌性、強度、耐磨損等機械性能。

本發明的目的通過以下方式實現。

本發明的具有納米晶粒結構的納米氧化鋁陶瓷涂層，由熱噴涂方法制備得到，其噴涂物料組分中包括有氧化鋁粉末，其特征在于，所述噴涂物料是由氧化鋁粉末和稀土氧化物混合融化經急速冷卻形成的玻璃顆粒，其中，氧化鋁的重量占總重量的20-75wt%，稀土氧化物的重量占總重量的25-80?wt%；所述稀土氧化物是氧化釔、氧化鑭、氧化釓、氧化鈰、氧化鏑、氧化釹、氧化銪中的任意一種或兩種以上的組合。

本發明的具有納米晶粒結構的氧化鋁陶瓷涂層的制備方法，包括用熱噴涂法將物料噴涂到基體上，其特征在于，制備過程是：

（1）配制混合細粉料：稱取組分氧化鋁、稀土氧化物，然后將各組分混合并加入酒精進行濕法球磨10-24小時，再烘干過篩，獲得粒度為20-100μm的混合粉末。所述氧化鋁的重量占總重量的20-75wt%，稀土氧化物的重量占總重量的25-80?wt%；所述稀土氧化物是氧化釔、氧化鑭、氧化釓、氧化鈰、氧化鏑、氧化釹、氧化銪中的任意一種或兩種以上的組合；

（2）制備玻璃顆粒：將混合細粉料通過等離子噴槍或氧乙炔噴槍熔融后直接噴射到常溫凈水中，例如蒸餾水或去離子水等，再烘干后過篩，得到熔化充分、結構均勻致密的粒度為20-100μm的氧化鋁基玻璃顆粒；

（3）噴涂陶瓷涂層：使用大氣等離子噴涂工藝或超音速火焰噴涂工藝將氧化鋁基玻璃顆粒噴涂到基體上，形成具有納米結構的陶瓷涂層，該陶瓷涂層厚度在50μm-2mm。

本發明先制備出熔化充分、結構均勻致密的氧化鋁基玻璃顆粒，然后將其作為噴涂原料通過熱噴涂方法形成涂層，玻璃顆粒在重融冷卻過程中產生結晶析出納米晶粒。由于形成的晶粒是從玻璃基質中直接析出的，晶粒細小，因此整個涂層完全是分布均勻的納米結構，而且采用玻璃前驅體納米化得到的納米晶粒之間的晶界干凈，能顯著降低材料本征內應力。納米晶粒還有阻止材料微裂紋擴展的作用，這種獨特的結構使得涂層具有優良的結合強度和高耐磨損性等機械性能。相比現有的熱噴涂氧化鋁涂層，它還消除了由于團聚料的結構疏松所帶來的氣孔，同時，由于玻璃質熔點相對較低，其在熔融時有粘滯流動作用，這十分有利于形成更加致密的涂層。經檢測，本發明涂層氣孔率達到2%以下。

本發明的具有納米晶粒結構的氧化鋁陶瓷涂層，組分簡單，原料易得，成本低廉；制備工藝簡潔易操作，適于大規模化生產。

下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

具體實施方式

實施例1：

（1）配制混合細粉料：秤取50克氧化鋁和氧化釔混合粉料（兩者的重量百分配比是67:33），加入75毫升酒精和200克氧化鋁磨球，濕法球磨混合24小時，然后100℃下烘干，過100目篩得到混合細粉料；